開關電源的電磁干擾及其抑制技術研究

白中杰

摘 要：開關電源是電器產品中常應用的元件之一，由于其具有特殊的工作原理，導致電磁干擾問題十分突出，進而會影響周邊電子設備的運行安全。因此，簡要論述了電磁干擾的產生方式，并對開關電源電磁干擾的抑制技術作了詳細闡述。

關鍵詞：電磁干擾；開關電源；抑制技術；高頻變壓器

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.129

開關電源具有體積小、質量小、高可靠性和高效等特點，在各種電器產品得到了廣泛應用。然而，隨著開關電源向著高頻大功率的方向發(fā)展，開關電源的電磁干擾問題日益嚴重。為了減少電磁干擾對電源本身及周邊設備的影響，探究開關電源的電磁干擾抑制技術已經成相關研究人員的研究重點。

1 電磁干擾的產生方式

開關電源是將交流電轉變?yōu)橹绷麟姷钠骷唬旊娏鹘涍^開關電源的轉變后，電流頻率會持續(xù)增高，其自身也會因此產生大量的諧波干擾。對于開關管、二極管、高頻變壓器等電壓、電流變化較大的元器件，其電磁干擾問題十分嚴重。

1.1 開關電源的干擾源——開關電路

眾所周知，開關電路的核心是開關電源，開關電源主要由開關管和高頻變壓器構成。開關電源產生的du/dt具有幅度較大的脈沖，諧波比較豐富、頻帶較寬，會形成關斷電壓峰尖。此時，如果中斷電源電壓，則會形成磁化沖擊電流瞬變現(xiàn)象，即傳導型電磁干擾。其不僅會導致傳導干擾返回配電系統(tǒng)，還會給變壓器帶來不利影響，形成電網諧波電磁干擾，最終對其他設備的運行造成影響。

1.2 高頻變壓器的高頻開關電流環(huán)路

一般而言，高頻變壓器需要通過線圈來提高電壓，并通過濾波電容將交流電轉化為直流電。而在濾波電容和初級線圈形成的高頻開關電流環(huán)路中，會有電磁輻射的現(xiàn)象發(fā)生，升壓后的電壓、頻率越高，則產生的電磁干擾越強，對周邊電子元器件的影響就越大。

1.3 開關電源的分布電容

開關電源將交流電轉變?yōu)橹绷麟姇r需要用到電容器。為了保證電容器的運行安全，通常會加設散熱片，但轉化后的高頻電流可通過電容流到散熱片上，在接觸到機殼后會產生共模干擾。

2 開關電源電磁干擾的抑制技術

2.1 濾波技術

從總體上看，濾波技術可分成兩類，即無源濾波器技術抑制傳導干擾、有源濾波技術抑制共模干擾。電源線是電磁干擾傳入、傳出開關電源的主要途徑，如果能阻斷干擾信號的傳播途徑，則能大幅削弱電磁干擾。安裝了無線濾波器的電源線路只允許電源頻率通過，頻率過高或過低的干擾信號會被阻斷。圖1為開關電源中無源濾波器的結構。

采用有源濾波技術抑制共模干擾是從干擾源抑制電磁干擾的方式，可得到與干擾信號大小相等、相位相反的補償信號，從而達到削弱電磁干擾的目的。但這種削弱電磁干擾的技術僅適用于低壓小功率電源，對于高壓大功率的電源而言，難以找到與干擾信號大小相等、相位相反的補償信號。

2.2 屏蔽技術的應用

采用屏蔽技術可控制受開關電源輻射干擾的電器元件的運行。屏蔽技術可分為靜電屏蔽和電磁屏蔽。其中，靜電屏蔽針對的是恒定磁場、靜電場，電磁屏蔽主要針對交變電場、交變磁場。為了削弱開關電源輻射對周邊元器件的干擾，可直接用屏蔽罩屏蔽整個開關電源，并連接屏蔽罩與系統(tǒng)的機殼，從而使屏蔽功能更有效。

2.3 軟開關技術的應用

軟開關技術是基于諧振原理開發(fā)出來的，是降低開關損耗的新型技術之一。當開關器件中的電流按照正弦規(guī)律變化，且電流值為0時，開關會自動關閉；當電壓值為0時，開關會自動開通。這樣可解決硬開關的損耗、容性開通問題。但在使用軟開關技術的過程中，通常還需要設置輔助開關電路，進而會出現(xiàn)電磁干擾。因此，從本質上看，采用軟開關技術只是削弱電磁干擾的方式之一，并不能完全抑制電子干擾。

2.4 擴頻調制技術的應用

對于電磁干擾而言，其能量的強弱與頻率成正比。如果可降低頻率，則可削弱電磁波的能量。采用擴頻技術可將諧波的能量分布在更寬的頻率范圍中，每個頻率上帶有的能量也會減少，從而削弱電磁輻射的干擾。想要達到這一目的，就需要在開關電源中加入擴頻時鐘信號，并由開關電路輸出電磁信號。從實際應用的效果看，擴頻調制技術的可靠性較高，無需另外增加體積龐大的濾波工具和屏蔽工具。

3 結束語

綜上所述，高頻大功率的電源會產生嚴重的電磁干擾，影響周邊元器件的正常工作，不利于電子設備的正常運行。開關電源電磁干擾的產生方式很多，而當前對開關電源電磁干擾的抑制技術主要有濾波技術、屏蔽技術、軟開關技術、擴頻調制技術。合理選擇和運用上述技術，可在一定程度上削弱開關電源的電磁干擾。筆者相信，隨著科技的發(fā)展，未來將會出現(xiàn)更加有效的措施解決電磁干擾問題，保障電氣設備的高效運行。

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〔編輯：張思楠〕